使用matlab绘制三维图形的方法.docx

1、使用matlab绘制三维图形的方法使用matlab绘制三维图形的方法三维曲线plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为： plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,xn,yn,zn,选项n)，其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，则x,y,z 对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。例 绘制三维曲线。程序如下：t=0:pi/100:20*pi;x=sin(t);y=cos(t);z=t.*sin(t).*cos(t);plot3

2、(x,y,z);gridtitle(Line in 3-D Space);xlabel(X);ylabel(Y);zlabel(Z);如下图：三维曲面1产生三维数据在MATLAB中，利用meshgrid函数产生平面区域内的网格坐标矩阵。其格式为：x=a:d1:b; y=c:d2:d;X,Y=meshgrid(x,y);语句执行后，矩阵X的每一行都是向量x，行数等于向量y的元素的个数，矩阵Y的每一列都是向量y，列数等于向量x的元素的个数。2绘制三维曲面的函数surf函数和mesh函数的调用格式为：mesh(x,y,z,c)：画网格曲面，将数据点在空间中描出,并连成网格。surf(x,y,z,c)

3、：画完整曲面，将数据点所表示曲面画出。一般情况下，x,y,z是维数相同的矩阵。x,y是网格坐标矩阵，z是网格点上的高度矩阵，c用于指定在不同高度下的颜色范围。 例 绘制三维曲面图z=sin(x+sin(y)-x/10。程序如下：x,y=meshgrid(0:0.25:4*pi); %在0,4pi0,4pi区域生成网格坐标z=sin(x+sin(y)-x/10;mesh(x,y,z);axis(0 4*pi 0 4*pi -2.5 1);如下图：此外，还有带等高线的三维网格曲面函数meshc和带底座的三维网格曲面函数meshz。其用法与mesh类似，不同的是meshc还在xy平面上绘制曲面在z轴

4、方向的等高线，meshz还在xy平面上绘制曲面的底座。 例 在xy平面内选择区域-8,8-8,8，绘制4种三维曲面图。程序如下：x,y=meshgrid(-8:0.5:8);z=sin(sqrt(x.2+y.2)./sqrt(x.2+y.2+eps);subplot(2,2,1);mesh(x,y,z);title(mesh(x,y,z)subplot(2,2,2);meshc(x,y,z);title(meshc(x,y,z)subplot(2,2,3);meshz(x,y,z)title(meshz(x,y,z)subplot(2,2,4);surf(x,y,z);title(surf(x

5、,y,z)如下图：3标准三维曲面sphere函数的调用格式为：x,y,z=sphere(n)：generates three (N+1)-by-(N+1) matrices so that SURF(X,Y,Z) produces a unit sphere.cylinder函数的调用格式为：x,y,z= cylinder(R,n)，其中r为圆周半径，n为组成圆周的点数。MATLAB还有一个peaks 函数，称为多峰函数，常用于三维曲面的演示。 例 绘制标准三维曲面图形。程序如下：t=0:pi/20:2*pi;x,y,z= cylinder(2+sin(t),30);subplot(2,2,1

6、);surf(x,y,z);subplot(2,2,2);x,y,z=sphere;surf(x,y,z);subplot(2,1,2);x,y,z=peaks(30);surf(x,y,z);如下图：其他三维图形在介绍二维图形时，曾提到条形图、杆图、饼图和填充图等特殊图形，它们还可以以三维形式出现，使用的函数分别是bar3、stem3、pie3 和fill3。bar3函数绘制三维条形图，常用格式为：bar3(y)bar3(x,y)stem3函数绘制离散序列数据的三维杆图，常用格式为：stem3(z)stem3(x,y,z)pie3函数绘制三维饼图，常用格式为：pie3(x)fill3函数等效

7、于三维函数fill，可在三维空间内绘制出填充过的多边形，常用格式为：fill3(x,y,z,c) 例 绘制三维图形：(1) 绘制魔方阵的三维条形图。(2) 以三维杆图形式绘制曲线y=2sin(x)。(3) 已知x=2347,1827,2043,3025，绘制饼图。(4) 用随机的顶点坐标值画出五个黄色三角形。程序如下：subplot(2,2,1);bar3(magic(4)subplot(2,2,2);y=2*sin(0:pi/10:2*pi);stem3(y);subplot(2,2,3);pie3(2347,1827,2043,3025);subplot(2,2,4);fill3(rand

8、(3,5),rand(3,5),rand(3,5), y ) 例 绘制多峰函数的瀑布图和等高线图。程序如下：subplot(1,2,1);X,Y,Z=peaks(30);waterfall(X,Y,Z)xlabel(X-axis),ylabel(Y-axis),zlabel(Z-axis);subplot(1,2,2);contour3(X,Y,Z,12,k); %其中12代表高度的等级数xlabel(X-axis),ylabel(Y-axis),zlabel(Z-axis); 图形修饰处理 视点处理MATLAB提供了设置视点的函数view，其调用格式为：view(az,el)其中az为方位角

9、，el为仰角，它们均以度为单位。系统缺省的视点定义为方位角-37.5,仰角30。例 从不同视点绘制多峰函数曲面。 程序如下： subplot(2,2,1);mesh(peaks); view(-37.5,30); %指定子图1的视点 title(azimuth=-37.5,elevation=30) subplot(2,2,2);mesh(peaks); view(0,90); %指定子图2的视点 title(azimuth=0,elevation=90) subplot(2,2,3);mesh(peaks); view(90,0); %指定子图3的视点 title(azimuth=90,el

10、evation=0) subplot(2,2,4);mesh(peaks); view(-7,-10); %指定子图4的视点 title(azimuth=-7,elevation=-10)色彩处理1颜色的向量表示MATLAB除用字符表示颜色外，还可以用含有3个元素的向量表示颜色。向量元素在0,1范围取值，3个元素分别表示红、绿、蓝3种颜色的相对亮度，称为RGB三元组。2色图色图(Color map)是MATLAB系统引入的概念。在MATLAB中，每个图形窗口只能有一个色图。色图是m3 的数值矩阵，它的每一行是RGB三元组。色图矩阵可以人为地生成，也可以调用MATLAB提供的函数来定义色图矩阵。

11、3三维表面图形的着色三维表面图实际上就是在网格图的每一个网格片上涂上颜色。surf函数用缺省的着色方式对网格片着色。除此之外，还可以用shading命令来改变着色方式。shading faceted命令将每个网格片用其高度对应的颜色进行着色，但网格线仍保留着，其shading flat命令将每个网格片用同一个颜色进行着色，且网格线也用相应的颜色，从而使得图形表面显得更加光滑。shading interp命令在网格片内采用颜色插值处理，得出的表面图显得最光滑。颜色是黑色。这是系统的缺省着色方式 例 3种图形着色方式的效果展示。程序如下：x,y,z=sphere(20);colormap(copp

12、er);subplot(1,3,1);surf(x,y,z);axis equalsubplot(1,3,2);surf(x,y,z);shading flat;axis equalsubplot(1,3,3);surf(x,y,z);shading interp;axis equal光照处理MATLAB提供了灯光设置的函数，其调用格式为：light(Color,选项1,Style,选项2,Position,选项3) 光照处理后的球面。程序如下：x,y,z=sphere(20);subplot(1,2,1);surf(x,y,z);axis equal;light(Posi,0,1,1);sh

13、ading interp;hold on;plot3(0,1,1,p);text(0,1,1, light);subplot(1,2,2);surf(x,y,z);axis equal;light(Posi,1,0,1);shading interp;hold on;plot3(1,0,1,p);text(1,0,1,light);plot3(1,0,1,p);text(1,0,1,light);图形的裁剪处理例4-22 绘制三维曲面图，并进行插值着色处理，裁掉图中x和y都小于0部分。程序如下：x,y=meshgrid(-5:0.1:5);z=cos(x).*cos(y).*exp(-sqrt

14、(x.2+y.2)/4);surf(x,y,z);shading interp;pause %程序暂停i=find(x=0&y=0);z1=z;z1(i)=NaN;surf(x,y,z1);shading interp;为了展示裁剪效果，第一个曲面绘制完成后暂停，然后显示裁剪后的曲面。图像处理与动画制作图像处理1imread和imwrite函数imread和imwrite函数分别用于将图像文件读入MATLAB工作空间，以及将图像数据和色图数据一起写入一定格式的图像文件。MATLAB支持多种图像文件格式，如.bmp、.jpg、.jpeg、.tif等。2image和imagesc函数这两个函数用于

15、图像显示。为了保证图像的显示效果，一般还应使用colormap函数设置图像色图。例5-23 有一图像文件flower.jpg，在图形窗口显示该图像。程序如下：x,cmap=imread(flower.jpg); %读取图像的数据阵和色图阵image(x);colormap(cmap);axis image off %保持宽高比并取消坐标轴 动画制作MATLAB提供getframe、moviein和movie函数进行动画制作。1getframe函数getframe函数可截取一幅画面信息(称为动画中的一帧)，一幅画面信息形成一个很大的列向量。显然，保存n幅图面就需一个大矩阵。2moviein函数m

16、oviein(n)函数用来建立一个足够大的n列矩阵。该矩阵用来保存n幅画面的数据，以备播放。之所以要事先建立一个大矩阵，是为了提高程序运行速度。3movie函数movie(m,n)函数播放由矩阵m所定义的画面n次，缺省时播放一次。例 绘制了peaks函数曲面并且将它绕z轴旋转。程序如下X,Y,Z=peaks(30);surf(X,Y,Z)axis(-3,3,-3,3,-10,10)axis off;shading interp;colormap(hot);m=moviein(20); %建立一个20列大矩阵for i=1:20view(-37.5+24*(i-1),30) %改变视点m(:,i)=getframe; %将图形保存到m矩阵endmovie(m,2); %播放画面2次